本发明属于铜合金材料及工艺
技术领域：
，具体一种时效强化铜合金带材及其制备方法。
背景技术：
：引线框架铜合金带材是集成电路的支承骨架，随着电器元件的微型化、精密化合高性能化，对所用的引线框架材料要求应有高强度、高弹性、高导电率和优良的高温耐应力松弛特性。经查，现有专利号为200810018995.9的中国发明专利《高强、高导引线框架铜合金带材的生产方法》，其化学成分：fe0.8～1.2％，p0.01～0.04％，余量cu；或者fe2.1～2.6％，p0.015～0.15％，zn0.05～0.2％，pb和sn的含量不大于0.03％，余量cu；制备步骤；配料；上引熔铸，熔铸温度为1158～1218℃；连续挤压：将铜杆校直，铜杆进入感应加热炉内加热至300～400℃，直接进入挤压轮槽，最终形成12*200mm的扁带坯，直接进入带有酒精的冷却区急剧冷却至70℃以下，进入卷取机卷取。但是上述制备的铜合金带材性能还不是非常理想，因此需要设计出一种配比科学、性能良好的时效强化铜合金带材，来作为理想的引线框架用材料。技术实现要素：本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种组分配比科学合理、合金强度高的时效强化铜合金带材，同时具有良好的弹性、优良的导电率和较好的耐应力松弛。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种工艺简单合理的时效强化铜合金带材的制备方法，制备的铜合金具有良好的加工性能和铸造性能，同时合金强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好等特点。本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种时效强化铜合金带材，其特征在于：该铜合金带材是由以下重量百分数的组分组成：si：0.4～1.3％，ni：2～4.5％，cr：0.06～0.2％，zn：0.2～0.8％，mg：0.05～0.2％，余量铜及不可避免的微量杂质。优选，所述铜合金带材中各组分的重量百分数为：si：0.6％，ni：3.1％，cr：0.07％，zn：0.5％，mg：0.15％，余量铜及不可避免的微量杂质。本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述时效强化铜合金带材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)配料、熔炼：按照铜合金带材的组分配比进行称料，将si、ni、cr、zn、cu加入熔炼炉中升温熔化；2)加入mg进行脱氧处理，将温度控制在1250～1350℃，静止4～6分钟后开始转入保温炉，采用经过580～620℃保温4～6小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm；且转入保温炉后，每隔25～35分钟在保温炉中添加0.03～0.07％mg；由于mg是极易氧化的金属，在水平连铸过程中保温炉中的mg随时间含量会下降，为了保证铸坯中的mg稳定，在水平连铸过程中依据mg的烧损规律，定期添加保温炉中的mg含量，达到维持mg含量的稳定，确保产品性能均一；3)保温炉温度达到铸造温度1220～1300℃时，采用水平连铸红锭铸造技术，拉铸铸坯厚15～17mm，拉铸速度控制160～300mm/min，铸坯出口温度控制在650℃～780℃，铸坯出结晶器50～100mm处采用强冷却水(水压力0.4～0.6mpa，出水温度20～40℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却；采用拉红锭方式，由于此合金铸造应力大，如果凝固结晶时一次冷却强度，易导致铸造时合金应力开裂，拉铸过程中出现表面开裂、甚至拉断现象。而采用红锭铸造方式，可以解决合金凝固时的表面开裂现象，保证了铸造的质量；4)依次进行铣面、粗轧、固溶处理；5)表面清洗后进行中轧；6)二次固溶；7)表面清洗后进行成品精轧；8)成品时效；9)表面清洗及表面研磨抛光；10)成品分条、检验、包装。作为改进，所述步骤3)的铸坯出口温度采用红外线测温仪测温控制，根据铸坯的测温结果，调整铸坯的拉铸速度、熔炼温度铸和一次冷却水温度，达到自动控制水平连铸红锭铸造，结晶器冷却水温度控制在20～35℃，出水温度控制在40～55℃，冷却水压力0.3～0.6mpa，且坯出结晶器50～100mm处采用强二次冷却水进行铸坯在线淬水固溶冷却。进一步，所述步骤4)的铣面是指15～17mm厚铸坯离线铣面，上下各铣0.5～0.7mm，粗轧至3.8～4.2mm厚，固溶处理的固溶温度820～940℃，固溶时间0.5～1h，采用水冷。优选，所述步骤5)的中轧至0.7～0.9mm厚.优选，所述步骤6)的二次固溶是采用气垫炉在线固溶，固溶温度800～900℃，带材在气垫炉中速度为5～50m/min。优选，所述步骤7)的成品精轧是指精轧至0.25～0.35mm厚。优选，所述步骤8)成品时效的时效温度460～500℃，时效时间为3～6h。最后，所述步骤9)的表面研磨抛光是指；研磨辊采用sf#2500(申康公司购买)，抛光压下电流控制在10～13a，转速600～1000rpm，研磨量11～18mg/60mm*100mm，粗糙度ra≤0.1μm。与现有技术相比，本发明的优点在于：铜合金组分配比科学合理，选用含有si、ni、zn、mg、cr的铜基合金，硅与合金中的ni形成ni2si强化相，通过固溶+时效技术，此强化相能显著提高合金强度、弹性、导电率和高温耐应力松弛特性；cr在固溶时效处理析出cr粒子相，一方面能提高合金的抗高温软化性能，同时cr粒子能阻止合金在高温固溶过程中的晶粒长大，达到晶粒细化作用，进一步提高了材料的综合性能；在合金中添加zn元素能改善合金的钎焊和电镀性能，在钎焊过程中，zn元素在铜合金和焊料界面处形成偏聚层，能阻止铜元素向焊料中的扩散，从而阻碍形成脆性较大的cu5sn金属间化合层，改善合金与钎料的结合性能，从而提高合金的焊接性能；mg能起到脱氧作用，同时镁能加速第二相的析出并细化析出相，增加位错运动的阻力，提高合金的硬度、强度和抗高温性能。本发明的时效强化铜合金带材具有良好的加工性能和铸造性能，具有高强、高弹、高导、优良的耐高温性能和较好的耐应力松弛的特点，是一种理想的引线框架用材料，并且，结合水平连铸出口温度控制在(即铸坯出口温度)650℃～780℃和生产工序中增加一道表面研磨抛光工序，研磨辊采用sf#2500，抛光压下电流控制在10～13a，转速600～1000rpm，研磨量11～18mg/60mm*100mm，粗糙度ra≤0.1μm，实现短流程工艺生产引线框架铜合金带材，降低能耗和生本产成，制备工艺简单。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。表1为本发明五个实施例的铜合金带材的组分配比：表1本发明实施例合金化学成分(wt％)材料编号sinicrznmgcu实施例10.63.10.070.50.15余量实施例20.552.70.090.40.14余量实施例30.572.90.110.30.18余量实施例40.452.30.060.70.08余量实施例50.753.70.150.20.19余量实施例1一种时效强化铜合金带材及其制备方法，步骤为：1)配料、熔炼：按照组分配比进行称料，将si、ni、cr、zn、cu加入熔炼炉中升温熔化；2)加入mg进行脱氧处理，将温度控制在1280℃，静止5分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度100mm；且转入保温炉后，每隔半小时在保温炉中添加0.05％mg；3)保温炉温度达到铸造温度1260℃时，采用水平连铸红锭铸造技术，拉铸铸坯厚16mm，拉铸速度控制160～300mm/min，铸坯出口温度控制在650℃～780℃，铸坯出结晶器100mm处采用强冷却水(水压力0.5mpa，出水温度30℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却，结晶器冷却水温度控制在20～35℃，出水温度控制在40～55℃，冷却水压力0.3～0.6mpa；4)铣面，16mm铸坯离线铣面，上下面各铣0.6mm，铣面至14.8mm厚；5)粗轧，粗轧至4mm厚；6)固溶，固溶温度870℃，固溶时间0.8h，采用水冷；7)表面清洗；8)中轧，中轧至0.9mm厚；9)二次固溶，采用气垫炉在线固溶，固溶温度800～900℃，带材在气垫炉中速度为5～50m/min；10)表面清洗；11)成品精轧；精轧至0.35mm厚；12)成品时效，时效温度480℃，时效时间为5h；13)表面清洗及表面研磨抛光，研磨辊采用sf#2500。抛光压下电流控制在13a，转速1000rpm，研磨量18mg/60mm*100mm，粗糙度ra≤0.1μm；14)成品分条、检验、包装。实施例2：一种时效强化铜合金带材及其制备方法，步骤为：1)配料、熔炼：按照组分配比进行称料，将si、ni、cr、zn、cu加入熔炼炉中升温熔化；2)加入mg进行脱氧处理，将温度控制在1305℃，静止5分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度100mm，且转入保温炉后，每隔半小时在保温炉中添加0.04％mg。3)保温炉温度达到铸造温度1275℃时，采用水平连铸红锭铸造技术，拉铸铸坯厚16mm，拉铸速度控制160～300mm/min，铸坯出口温度控制在650℃～780℃，铸坯出结晶器100mm处采用强冷却水(水压力0.4mpa，出水温度20℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却。结晶器冷却水温度控制在20～35℃，出水温度控制在40～55℃，冷却水压力0.3～0.6mpa；4)铣面，16mm铸坯离线铣面，上下面各铣0.6mm，铣面至14.8mm后。5)粗轧，粗轧至4mm厚；6)固溶，固溶温度900℃，固溶时间0.7h，采用水冷；7)表面清洗；8)中轧，中轧至0.8mm厚；9)二次固溶，采用气垫炉在线固溶。固溶温度800～900℃，带材在气垫炉中速度为5～50m/min；10)表面清洗；11)成品精轧，精轧至0.3mm厚；12)成品时效，时效温度480℃，时效时间为5h；13)13)表面清洗及表面研磨抛光，研磨辊采用sf#2500，抛光压下电流控制在10a,转速800rpm，研磨量15mg/60mm*100mm。粗糙度ra≤0.1μm；14)成品分条、检验、包装。实施例3：一种时效强化铜合金带材及其制备方法，步骤为：1)配料、熔炼：按照组分配比进行称料，将si、ni、cr、zn、cu加入熔炼炉中升温熔化；2)加入mg进行脱氧处理，将温度控制在1270℃，静止5分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度100mm，且转入保温炉后，每隔半小时在保温炉中添加0.04％mg；3)保温炉温度达到铸造温度1250℃时，采用水平连铸红锭铸造技术，拉铸铸坯厚16mm，拉铸速度控制160～300mm/min，铸坯出口温度控制在650℃～780℃，铸坯出结晶器100mm处采用强冷却水(水压力0.6mpa，出水温度40℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却，结晶器冷却水温度控制在20～35℃，出水温度控制在40～55℃，冷却水压力0.3～0.6mpa；4)铣面，16mm铸坯离线铣面，上下面各铣0.6mm，铣面至14.8mm厚。5)粗轧，粗轧至4mm厚；6)固溶，固溶温度860℃，固溶时间1h，采用水冷；7)表面清洗；8)中轧，中轧至0.7mm厚；9)二次固溶，采用气垫炉在线固溶。固溶温度800～900℃，带材在气垫炉中速度为5～50m/min；10)表面清洗；11)成品精轧，精轧至0.25mm厚；12)成品时效，时效温度470℃，时效时间为6h；13)表面清洗及表面研磨抛光，研磨辊采用sf#2500。抛光压下电流控制在13a,转速800rpm，研磨量16mg/60mm*100mm，粗糙度ra≤0.1μm；14)成品分条、检验、包装。实施例4一种时效强化铜合金带材及其制备方法，步骤为：1)配料、熔炼：按照组分配比进行称料，将si、ni、cr、zn、cu加入熔炼炉中升温熔化；2)加入mg进行脱氧处理，将温度控制在1250℃，静止6分钟后开始转入保温炉，采用经过620℃保温4小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80mm；且转入保温炉后，每隔半小时在保温炉中添加0.04％mg；3)保温炉温度达到铸造温度1220℃时，采用水平连铸红锭铸造技术，拉铸铸坯厚15mm，拉铸速度控制160mm/min，铸坯出口温度控制在650℃～700℃，铸坯出结晶器100mm处采用强冷却水(水压力0.6mpa，出水温度40℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却，结晶器冷却水温度控制在20～35℃，出水温度控制在40～55℃，冷却水压力0.3～0.6mpa；4)铣面，16mm铸坯离线铣面，上下面各铣0.6mm，铣面至14.8mm厚；5)粗轧，粗轧至4mm厚；6)固溶，固溶温度870℃，固溶时间0.5h，采用水冷；7)表面清洗；8)中轧，中轧至0.9mm厚；9)二次固溶，采用气垫炉在线固溶，固溶温度830℃，带材在气垫炉中速度为45m/min；10)表面清洗；11)成品精轧；精轧至0.35mm厚；12)成品时效，时效温度460℃，时效时间为6h；13)表面清洗及表面研磨抛光，研磨辊采用sf#2500。抛光压下电流控制在13a，转速1000rpm，研磨量18mg/60mm*100mm，粗糙度ra≤0.1μm；14)成品分条、检验、包装。实施例5一种时效强化铜合金带材及其制备方法，步骤为：1)配料、熔炼：按照组分配比进行称料，将si、ni、cr、zn、cu加入熔炼炉中升温熔化；2)加入mg进行脱氧处理，将温度控制在1350℃，静止4分钟后开始转入保温炉，采用经过580℃保温6小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度110mm；且转入保温炉后，每隔半小时在保温炉中添加0.07％mg；3)保温炉温度达到铸造温度1300℃时，采用水平连铸红锭铸造技术，拉铸铸坯厚17mm，拉铸速度控制300mm/min，铸坯出口温度控制在700℃～780℃，铸坯出结晶器100mm处采用强冷却水(水压力0.4mpa，出水温度20℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却，结晶器冷却水温度控制在20～35℃，出水温度控制在40～55℃，冷却水压力0.3～0.6mpa；4)铣面，16mm铸坯离线铣面，上下面各铣0.6mm，铣面至14.8mm厚；5)粗轧，粗轧至4mm厚；6)固溶，固溶温度930℃，固溶时间1h，采用水冷；7)表面清洗；8)中轧，中轧至0.7mm厚；9)二次固溶，采用气垫炉在线固溶，固溶温度880℃，带材在气垫炉中速度为35m/min；10)表面清洗；11)成品精轧；精轧至0.35mm厚；12)成品时效，时效温度490℃，时效时间为3h；13)表面清洗及表面研磨抛光，研磨辊采用sf#2500。抛光压下电流控制在10a，转速600rpm，研磨量11mg/60mm*100mm，粗糙度ra≤0.1μm；14)成品分条、检验、包装。表2是上述五个实施例制备的铜合金带材的性能测试结果：表2产品性能参数从表2可以看到本发明制备的铜合金带材具有强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好等特点。当前第1页12